Luận văn thạc sĩ về thiết kế và chế tạo thiết bị định vị chính xác kết hợp truyền thông vô tuyến

Luận văn thạc sĩ phân tích nghiên cứu thiết kế và chế tạo thiết bị định vị chính xác kết hợp truyền thông vô tuyến phục vụ các, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất giải

• Tác giả: Hoàng Văn Dũng
• Người hướng dẫn: T.S Hà Duyên Trung
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ thuật truyền thông
• Đề tài: Thiết Kế Và Chế Tạo Thiết Bị Định Vị Chính Xác Với Truyền Thông Vô Tuyến Cho Giám Sát
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU
• 1.2. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG TOÀN CẦU GSM
• 1.3. DỊCH VỤ VÔ TUYẾN GÓI CHUNG GPRS (GENERAL PACKET RADIO SERVICE)
• 1.4. CƠ SỞ HẠ TẦNG VIỄN THÔNG Ở VIỆT NAM
• 1.5. TỔNG QUAN ĐỊNH VỊ PHƯƠNG TIỆN
• 2. CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ VÀ TRIỂN KHAI
• 2.1. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ THU
• 2.1.1. Phân tích khối nguồn
• 2.1.2. Phân tích khối vi điều khiển
• 2.1.3. Khối chip thu tích hợp GPS/GSM
• 2.1.4. Phân tích các thiết bị, linh kiện khác
• 2.1.5. Sơ đồ thiết kế chi tiết mạch bộ thu
• 2.2. GIẢI PHÁP KHI LAYOUT MẠCH IN THIẾT BỊ ĐẦU CUỐI
• 2.3. THIẾT KẾ PHẦN MỀM TRUNG TÂM
• 2.3.1. Chương trình xử lý SMS
• 2.3.2. Phương pháp xử lý tin nhắn SMS
• 2.3.3. Chương trình xử lý dữ liệu GPRS
• 2.4. XÂY DỰNG HỆ QUẢN TRỊ CƠ SỞ DỮ LIỆU
• 2.4.1. Các bảng trong cơ sở dữ liệu
• 2.4.2. Sơ đồ thực thể liên kết
• 2.5. XÂY DỰNG WEBSITE QUẢN LÝ VÀ HIỂN THỊ DỮ LIỆU LÊN BẢN ĐỒ SỐ
• 2.5.1. Giới thiệu chung
• 3. CHƯƠNG 3: CÁC GIẢI PHÁP KĨ THUẬT VÀ KẾT QUẢ
• 3.1. GIẢI PHÁP TRÊN SERVER
• 3.1.1. Giải pháp tối ưu dữ liệu
• 3.1.2. Kết quả và đánh giá
• 3.2. GIẢI PHÁP TRÊN BẢN ĐỒ SỐ GOOGLE MAPS
• 3.2.1. Các vấn đề thường gặp khi hiển thị dữ liệu trên bản đồ Google maps
• 3.2.2. Mô hình ánh xạ dữ liệu trên bản đồ số
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ
• 4.1. KẾT QUẢ THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐẦU CUỐI
• 4.1.1. Thực hiện mạch layout
• 4.1.2. Các tính năng và đặc tính kĩ thuật
• 4.1.3. Kết quả đo đạc thử nghiệm và đánh giá sai số
• 4.2. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ SERVER TRUNG TÂM
• 4.2.1. Kết quả hoạt động thử nghiệm server với 200 thiết bị
• 4.2.2. Tổ chức lưu trữ dữ liệu trong các file
• 4.2.3. Một vài kịch bản thử nghiệm khi triển khai thiết bị
• 4.2.3.1. Thử nghiệm trên xe máy
• 4.2.3.2. Thử nghiệm trên ô tô
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về thiết bị định vị

Thiết bị định vị chính xác là một phần quan trọng trong hệ thống giám sát hiện đại. Thiết bị định vị sử dụng công nghệ GPS để xác định vị trí của các phương tiện hoặc đối tượng cần giám sát. Hệ thống này hoạt động dựa trên việc thu thập tín hiệu từ các vệ tinh và xử lý thông tin để cung cấp tọa độ chính xác. Việc sử dụng công nghệ định vị không chỉ giúp nâng cao hiệu quả giám sát mà còn giảm thiểu rủi ro trong quản lý phương tiện. Theo nghiên cứu, độ chính xác của định vị chính xác có thể đạt tới vài mét, điều này rất quan trọng trong các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao như giám sát giao thông hay quản lý vận tải.

1.1. Công nghệ GPS trong thiết bị định vị

Công nghệ GPS (Global Positioning System) là nền tảng cho các thiết bị định vị hiện đại. Hệ thống này bao gồm một mạng lưới các vệ tinh hoạt động trên quỹ đạo cao, cung cấp thông tin về vị trí và thời gian. Định vị GPS cho phép người dùng xác định vị trí của mình với độ chính xác cao, bất kể điều kiện thời tiết. Việc tích hợp công nghệ GPS vào thiết bị định vị giúp cải thiện khả năng giám sát và quản lý phương tiện. Hệ thống này có thể hoạt động liên tục và cung cấp thông tin theo thời gian thực, giúp người dùng dễ dàng theo dõi vị trí của phương tiện từ xa.

II. Thiết kế và chế tạo thiết bị định vị

Quá trình thiết kế thiết bị định vị bao gồm nhiều bước quan trọng từ việc lựa chọn linh kiện đến việc lập trình phần mềm. Các linh kiện như vi điều khiển, chip GPS và module GSM được lựa chọn kỹ lưỡng để đảm bảo tính ổn định và hiệu suất cao. Chế tạo thiết bị yêu cầu sự chính xác trong từng khâu, từ việc lắp ráp mạch điện đến việc kiểm tra chức năng. Việc sử dụng các công nghệ tiên tiến trong thiết kế thiết bị giúp tối ưu hóa hiệu suất và giảm thiểu sai số trong quá trình định vị. Hệ thống cũng cần được kiểm tra và hiệu chỉnh để đảm bảo rằng nó hoạt động hiệu quả trong các điều kiện thực tế.

2.1. Phân tích khối nguồn và vi điều khiển

Khối nguồn là phần quan trọng trong thiết bị định vị, cung cấp năng lượng cho toàn bộ hệ thống. Việc phân tích và thiết kế khối nguồn cần đảm bảo rằng nó có thể cung cấp điện áp ổn định và đủ công suất cho các linh kiện khác. Vi điều khiển đóng vai trò trung tâm trong việc xử lý dữ liệu từ chip GPS và module GSM. Chương trình điều khiển cần được lập trình một cách tối ưu để xử lý tín hiệu và truyền thông tin một cách hiệu quả. Sự kết hợp giữa công nghệ vi điều khiển và các linh kiện khác tạo nên một thiết bị định vị hoàn chỉnh, đáp ứng được yêu cầu giám sát từ xa.

III. Giải pháp truyền thông vô tuyến

Truyền thông vô tuyến là một phần không thể thiếu trong hệ thống giám sát hiện đại. Truyền thông vô tuyến cho phép thiết bị định vị gửi và nhận dữ liệu một cách nhanh chóng và hiệu quả. Việc sử dụng công nghệ GSM trong truyền thông giúp thiết bị có thể hoạt động ở nhiều khu vực khác nhau mà không cần đến dây dẫn. Giám sát từ xa trở nên dễ dàng hơn khi thông tin được truyền tải qua mạng di động. Hệ thống cũng cần được thiết kế để đảm bảo tính bảo mật và độ tin cậy trong việc truyền tải dữ liệu. Các giải pháp như mã hóa dữ liệu và xác thực người dùng là rất cần thiết để bảo vệ thông tin trong quá trình truyền tải.

3.1. Ứng dụng GPRS trong truyền thông

GPRS (General Packet Radio Service) là một công nghệ quan trọng trong việc truyền tải dữ liệu qua mạng di động. GPRS cho phép thiết bị định vị gửi thông tin về vị trí và trạng thái của phương tiện một cách nhanh chóng và hiệu quả. Tốc độ truyền dữ liệu của GPRS có thể đạt tới 171 kb/s, giúp cải thiện khả năng giám sát và quản lý phương tiện. Việc sử dụng GPRS trong thiết bị định vị không chỉ giúp tiết kiệm chi phí mà còn nâng cao hiệu suất hoạt động của hệ thống. Các ứng dụng của GPRS trong giám sát từ xa đang ngày càng trở nên phổ biến, đặc biệt trong lĩnh vực vận tải và logistics.

IV. Kết quả và đánh giá

Kết quả nghiên cứu cho thấy thiết bị định vị được thiết kế và chế tạo có khả năng hoạt động ổn định và chính xác. Các thử nghiệm thực tế cho thấy độ chính xác của định vị GPS đạt yêu cầu, với sai số nằm trong khoảng cho phép. Hệ thống cũng cho thấy khả năng truyền thông tin hiệu quả qua mạng GSM, đảm bảo việc giám sát từ xa diễn ra liên tục và không bị gián đoạn. Đánh giá tổng thể cho thấy thiết bị có thể đáp ứng được nhu cầu giám sát và quản lý phương tiện trong thực tế. Những kết quả này mở ra cơ hội ứng dụng rộng rãi cho các giải pháp giám sát hiện đại trong tương lai.

4.1. Đánh giá hiệu suất thiết bị

Đánh giá hiệu suất của thiết bị định vị là một bước quan trọng để xác định khả năng hoạt động của nó trong thực tế. Các thử nghiệm cho thấy thiết bị có thể hoạt động liên tục trong nhiều giờ mà không gặp phải sự cố. Độ chính xác của định vị chính xác được kiểm tra qua nhiều điều kiện khác nhau, từ môi trường đô thị đến nông thôn. Kết quả cho thấy thiết bị có thể duy trì độ chính xác cao ngay cả trong điều kiện tín hiệu yếu. Điều này chứng tỏ rằng thiết bị có khả năng hoạt động ổn định và đáng tin cậy trong các ứng dụng giám sát thực tế.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Với hơn ba mươi triệu xe máy và gần hai triệu ô tô hiện có tại Việt Nam, việc quản lý và giám sát các phương tiện giao thông cá nhân và vận tải trở thành một vấn đề cấp thiết. Theo ước tính, thị trường thông tin di động Việt Nam đã đạt khoảng 150 triệu thuê bao, trong đó hơn 85% người dùng sử dụng công nghệ GSM. Tuy nhiên, các thiết bị định vị hiện nay chủ yếu nhập khẩu, chưa đáp ứng được yêu cầu về độ chính xác và ổn định trong giám sát hành trình. Luận văn tập trung nghiên cứu thiết kế và chế tạo thiết bị định vị chính xác kết hợp truyền thông vô tuyến, phục vụ mục đích giám sát phương tiện giao thông tại Việt Nam trong giai đoạn 2013-2014. Mục tiêu chính là xây dựng hệ thống định vị hoàn chỉnh bao gồm phần cứng và phần mềm, nâng cao độ chính xác định vị thông qua xử lý dữ liệu tại server và bản đồ số, đồng thời phát triển giao diện quản lý trực tuyến. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc tăng cường hiệu quả quản lý phương tiện, giảm thiểu rủi ro và nâng cao an toàn giao thông, đồng thời góp phần thúc đẩy ứng dụng công nghệ định vị trong nước với chi phí hợp lý và khả năng tự chủ công nghệ.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Hệ thống định vị toàn cầu GPS (Global Positioning System): Bao gồm chùm vệ tinh (31 vệ tinh trên 6 mặt phẳng quỹ đạo), hệ thống điều khiển mặt đất và bộ phận người sử dụng. GPS đo khoảng cách đến vệ tinh dựa trên thời gian truyền tín hiệu, cung cấp tọa độ ba chiều, vận tốc và thời gian với độ chính xác cao trong mọi điều kiện thời tiết.

• Hệ thống thông tin di động GSM (Global System for Mobile Communication): Là mạng di động số toàn cầu hoạt động ở các dải tần 900MHz, 1800MHz và 1900MHz, cung cấp các dịch vụ thoại, dữ liệu tốc độ cao và tin nhắn ngắn. GSM được chia thành các phân hệ chuyển mạch mạng, trạm gốc và bảo dưỡng.

• Dịch vụ vô tuyến gói chung GPRS (General Packet Radio Service): Là hệ thống chuyển mạch gói trên nền GSM, cung cấp dịch vụ dữ liệu không thời gian thực với tốc độ từ 9 đến 171 kb/s, hỗ trợ truyền dữ liệu hiệu quả cho các ứng dụng định vị.

• Khái niệm Map-Matching (Ánh xạ dữ liệu lên bản đồ số): Phương pháp xử lý dữ liệu định vị thô để khớp chính xác vị trí lên các tuyến đường trên bản đồ số, giảm sai lệch do nhiễu tín hiệu hoặc lỗi định vị.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Dữ liệu thu thập từ thiết bị định vị GPS/GSM do tác giả thiết kế, thử nghiệm trên các phương tiện giao thông tại Hà Nội. Dữ liệu bao gồm tọa độ, vận tốc, thời gian và các thông tin trạng thái gửi về server qua mạng GSM/GPRS.

• Phương pháp phân tích: Sử dụng vi điều khiển ATMEGA128L để xử lý dữ liệu định vị thu từ module GPS MT3329 và truyền dữ liệu qua module GSM SIM548C. Dữ liệu được xử lý tại server trung tâm sử dụng Microsoft SQL Server 2008 Express để lưu trữ và phân tích. Thuật toán tối ưu hóa dữ liệu loại bỏ điểm trùng lặp và điểm dư thừa dựa trên góc chuyển hướng ≥ 10 độ. Ánh xạ dữ liệu lên bản đồ số Google Maps API được thực hiện qua kỹ thuật map-matching nhằm tăng độ chính xác hiển thị.

• Timeline nghiên cứu: Thiết kế phần cứng và phần mềm từ năm 2013 đến tháng 3 năm 2014, bao gồm giai đoạn thiết kế mạch, lập trình vi điều khiển, xây dựng server và website quản lý, thử nghiệm thực tế trên xe máy và ô tô.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Thiết kế phần cứng bộ thu định vị:

   • Sử dụng vi điều khiển ATMEGA128L với hai khối UART giao tiếp song song với module GPS MT3329 và GSM SIM548C.
   • Khối nguồn cung cấp điện áp ổn định 3.5V với dòng đỉnh 3A, đảm bảo hoạt động liên tục.
   • Kích thước thiết bị nhỏ gọn, phù hợp lắp đặt trên xe máy và ô tô.
   • Độ chính xác định vị GPS đạt dưới 10m trong điều kiện bình thường, dưới 3m khi sử dụng DGPS.

2. Phần mềm server trung tâm:

   • Server xử lý đồng thời 200 thiết bị với khả năng lưu trữ dữ liệu theo ngày, tháng, năm.
   • Thuật toán tối ưu hóa dữ liệu giảm khoảng 70% số điểm dư thừa, từ hơn 8000 điểm xuống còn khoảng 2000 điểm, giúp giảm tải lưu trữ và tăng tốc độ xử lý.
   • Hệ thống xử lý đa luồng (multi-threading) đảm bảo cập nhật dữ liệu liên tục và ổn định.

3. Giải pháp map-matching trên bản đồ số Google Maps:

   • Ánh xạ dữ liệu định vị lên bản đồ giúp giảm sai lệch vị trí phương tiện so với dữ liệu thô.
   • Sử dụng waypoint trong các request API giúp giảm thời gian gửi yêu cầu từ 218 giây xuống còn 26 giây cho 217 điểm dữ liệu.
   • Giải pháp xử lý các lỗi phổ biến như mất tín hiệu GPS, sai lệch do đa đường, lỗi đồng hồ máy thu, và ảnh hưởng địa hình.

4. Thử nghiệm thực tế:

   • Thiết bị được lắp đặt tại nhiều vị trí trên xe máy và ô tô, ghi nhận lộ trình di chuyển chính xác trên các tuyến đường Hà Nội.
   • Server và website quản lý cho phép người dùng theo dõi vị trí, tốc độ và lịch trình di chuyển theo thời gian thực và xem lại lịch sử.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy việc kết hợp phần cứng thiết kế riêng với phần mềm xử lý dữ liệu tại server và bản đồ số giúp nâng cao đáng kể độ chính xác và hiệu quả giám sát phương tiện. Thuật toán tối ưu hóa dữ liệu không chỉ giảm tải cho hệ thống lưu trữ mà còn giữ nguyên tính chính xác của lộ trình di chuyển, phù hợp với các ứng dụng quản lý vận tải và an ninh. So sánh với các nghiên cứu khác, việc áp dụng map-matching và sử dụng waypoint trong Google Maps API là giải pháp hiệu quả để khắc phục sai lệch vị trí do các yếu tố môi trường và kỹ thuật. Hệ thống có thể mở rộng quy mô và tích hợp thêm các tính năng nâng cao như cảnh báo vi phạm, phân tích hành vi lái xe. Biểu đồ so sánh số điểm dữ liệu trước và sau tối ưu hóa, cùng hình ảnh hiển thị lộ trình trên bản đồ minh họa rõ ràng hiệu quả của các giải pháp.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai rộng rãi thiết bị định vị chính xác:

   • Động từ hành động: Lắp đặt, trang bị
   • Target metric: Tăng tỷ lệ giám sát phương tiện chính xác lên 90%
   • Timeline: 12 tháng
   • Chủ thể thực hiện: Các doanh nghiệp vận tải, cơ quan quản lý giao thông

2. Phát triển phần mềm quản lý và xử lý dữ liệu nâng cao:

   • Động từ hành động: Nâng cấp, tích hợp
   • Target metric: Giảm thời gian xử lý dữ liệu xuống dưới 1 giây/bản tin
   • Timeline: 6 tháng
   • Chủ thể thực hiện: Trung tâm công nghệ thông tin, nhóm phát triển phần mềm

3. Tăng cường đào tạo và chuyển giao công nghệ:

   • Động từ hành động: Đào tạo, hướng dẫn
   • Target metric: Đào tạo 100 kỹ thuật viên trong 1 năm
   • Timeline: 12 tháng
   • Chủ thể thực hiện: Trường đại học, trung tâm đào tạo kỹ thuật

4. Xây dựng chính sách hỗ trợ và khuyến khích sử dụng công nghệ định vị trong nước:

   • Động từ hành động: Ban hành, hỗ trợ
   • Target metric: Tăng số lượng thiết bị sản xuất trong nước lên 50% trong 2 năm
   • Timeline: 24 tháng
   • Chủ thể thực hiện: Bộ Giao thông Vận tải, Bộ Khoa học và Công nghệ

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Doanh nghiệp vận tải và quản lý phương tiện:

   • Lợi ích: Áp dụng hệ thống giám sát chính xác để quản lý đội xe, giảm thiểu rủi ro và nâng cao hiệu quả vận hành.
   • Use case: Theo dõi hành trình xe tải, xe khách, xe công ty.

2. Cơ quan quản lý giao thông và an ninh:

   • Lợi ích: Sử dụng thiết bị và phần mềm để giám sát lưu lượng giao thông, phát hiện vi phạm và hỗ trợ điều tra tai nạn.
   • Use case: Giám sát xe công vụ, xe tải trọng lớn.

3. Nhà nghiên cứu và phát triển công nghệ định vị:

   • Lợi ích: Tham khảo thiết kế phần cứng, thuật toán xử lý dữ liệu và giải pháp map-matching để phát triển sản phẩm mới.
   • Use case: Nghiên cứu cải tiến module GPS/GSM, phát triển phần mềm quản lý.

4. Sinh viên và giảng viên ngành kỹ thuật truyền thông, công nghệ thông tin:

   • Lợi ích: Học tập mô hình nghiên cứu thực tiễn, áp dụng kiến thức lý thuyết vào thiết kế hệ thống định vị và truyền thông.
   • Use case: Thực hiện đề tài, luận văn liên quan đến định vị và truyền thông không dây.

Câu hỏi thường gặp

1. Thiết bị định vị này có thể sử dụng ở những khu vực nào?
   Thiết bị hoạt động hiệu quả trên toàn quốc, đặc biệt tại các khu vực có phủ sóng GSM/GPRS rộng lớn như Hà Nội và các thành phố lớn. Trong điều kiện mất tín hiệu GPS, thiết bị vẫn lưu trữ dữ liệu trên thẻ nhớ để xử lý sau.

2. Độ chính xác định vị của hệ thống đạt được là bao nhiêu?
   Độ chính xác định vị GPS bình thường dưới 10m, khi sử dụng DGPS có thể đạt dưới 3m. Thuật toán xử lý dữ liệu và map-matching giúp giảm sai lệch khi hiển thị trên bản đồ số.

3. Làm thế nào để người dùng có thể theo dõi vị trí phương tiện?
   Người dùng truy cập website quản lý trực tuyến qua địa chỉ http://giamsatphuongtien.vn để xem vị trí, tốc độ và lịch trình di chuyển theo thời gian thực hoặc xem lại lịch sử.

4. Hệ thống có thể xử lý bao nhiêu thiết bị cùng lúc?
   Server thử nghiệm có khả năng xử lý đồng thời 200 thiết bị với tần suất gửi dữ liệu 1 bản tin/giây, đảm bảo cập nhật liên tục và ổn định.

5. Chi phí triển khai hệ thống có phù hợp với doanh nghiệp nhỏ không?
   Việc sử dụng công nghệ GSM/GPRS phổ biến trong nước giúp giảm chi phí truyền dữ liệu. Thiết bị được thiết kế nhỏ gọn, tiết kiệm năng lượng, phù hợp với nhiều loại phương tiện và doanh nghiệp có quy mô khác nhau.

Kết luận

• Thiết kế thành công thiết bị định vị chính xác kết hợp truyền thông vô tuyến GSM/GPRS với phần cứng nhỏ gọn, độ chính xác cao.
• Phát triển phần mềm server và website quản lý cho phép xử lý dữ liệu hiệu quả, hỗ trợ giám sát thời gian thực và xem lại lịch trình.
• Thuật toán tối ưu hóa dữ liệu và map-matching giúp giảm tải hệ thống và nâng cao độ chính xác hiển thị trên bản đồ số.
• Hệ thống đã được thử nghiệm thực tế trên xe máy và ô tô tại Hà Nội, đáp ứng yêu cầu giám sát phương tiện trong điều kiện thực tế.
• Đề xuất mở rộng triển khai, nâng cấp phần mềm và đào tạo kỹ thuật viên để phát huy hiệu quả ứng dụng trong quản lý giao thông và vận tải.

Khuyến khích các doanh nghiệp vận tải và cơ quan quản lý áp dụng hệ thống, đồng thời tiếp tục nghiên cứu nâng cao tính năng và mở rộng quy mô triển khai.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI --------------------------------------- HOÀNG VĂN DŨNG NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐỊNH VỊ CHÍNH XÁC KẾT HỢP TRUYỀN THÔNG VÔ TUYẾN PHỤC VỤ CÁC MỤC ĐÍCH GIÁM SÁT Chuyên ngành : Kỹ thuật truyền thông LUẬN VĂN THẠC SĨ KĨ THUẬT NGÀNH KỸ THUẬT TRUYỀN THÔNG NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC : T.S Hà Duyên Trung Hà Nội – Tháng 3 Năm 2014 Formatted: Line spacing: 1.5 lines Luan van LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật này là do tôi nghiên cứu và đƣợc thực hiện dƣới sự hƣớng dẫn của TS. Hà Duyên Trung. Các kết quả tham khảo từ các nguồn tài liệu cũng nhƣ các công trình nghiên cứu khoa học khác đƣợc trích dẫn đầy đủ. Nếu có vấn đề về sai phạm bản quyền, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trƣớc nhà trƣờng.

Hà Nội, tháng 3 năm 2014 Học viên Hoàng Văn Dũng Luan van NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐỊNH VỊ CHÍNH XÁC KẾT HỢP TRUYỀN THÔNG VÔ TUYẾN PHỤC VỤ CÁC MỤC ĐÍCH GIÁM SÁT MỤC LỤC Formatted: Font: Bold, Font color: Auto MỤC LỤC. 1 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT. 3 DANH MỤC BẢNG BIỂU. 4 DANH MỤC HÌNH VẼ.

5 DANH MỤC HÌNH VẼ. 7 Chƣơng 1 - TỔNG QUAN .1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU[1] .2 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG TOÀN CẦU GSM[2] .3 DỊCH VỤ VÔ TUYẾN GÓI CHUNG GPRS (GENERAL PACKET RADIO SERVICE) [3] .4 CƠ SỞ HẠ TẦNG VIỄN THÔNG Ở VIỆT NAM .5 TỔNG QUAN ĐỊNH VỊ PHƢƠNG TIỆN. 12 Chƣơng 2 - THIẾT KẾ VÀ TRIỂN KHAI .1 NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ THU .1 Phân tích khối nguồn .2 Phân tích khối vi điều khiển .3 Khối chip thu tích hợp GPS/GSM.4 Phân tích các thiết bị, linh kiện khác.5 Sơ đồ thiết kế chi tiết mạch bộ thu.2 GIẢI PHÁP KHI LAYOUT MẠCH IN THIẾT BỊ ĐẦU CUỐI .3 THIẾT KẾ PHẦN MỀM TRUNG TÂM .1 Chƣơng trình xử lý SMS .2 Phƣơng pháp xử lý tin nhắn SMS .3 Chƣơng trình xử lý dữ liệu GPRS.4 XÂY DỰNG HỆ QUẢN TRỊ CƠ SỞ DỮ LIỆU .1 Các bảng trong cơ sở dữ liệu .2 Sơ đồ thực thể liên kết. 33 Hoàng Văn Dũng-CB120666 Trang 1 Luan van NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐỊNH VỊ CHÍNH XÁC KẾT HỢP TRUYỀN THÔNG VÔ TUYẾN PHỤC VỤ CÁC MỤC ĐÍCH GIÁM SÁT 2.5 XÂY DỰNG WEBSITE QUẢN LÝ VÀ HIỂN THỊ DỮ LIỆU LÊN BẢN ĐỒ SỐ .1 Giới thiệu chung.

35 Chƣơng 3 - CÁC GIẢI PHÁP KĨ THUẬT VÀ KẾT QUẢ .1 GIẢI PHÁP TRÊN SERVER .1 Giải pháp tối ƣu dữ liệu[4].2 Kết quả và đánh giá .2 GIẢI PHÁP TRÊN BẢN ĐỒ SỐ GOOGLE MAPS .1 Các vấn đề thƣờng gặp khi hiển thị dữ liệu trên bản đồ Google maps .2 Mô hình ánh xạ dữ liệu trên bản đồ số. 43 Chƣơng 4 - KẾT QUẢ .1 KẾT QUẢ THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐẦU CUỐI .1 Thực hiện mạch layout .2 Các tính năng và đặc tính kĩ thuật .3 Kết quả đo đạc thử nghiệm và đánh giá sai số.2 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ SERVER TRUNG TÂM .1 Kết quả hoạt động thử nghiệm server với 200 thiết bị.2 Tổ chức lƣu trữ dữ liệu trong các file.3 Một vài kịch bản thử nghiệm khi triển khai thiết bị.1 Thử nghiệm trên xe máy .2 Thử nghiệm trên ô tô. 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 83 Hoàng Văn Dũng-CB120666 Trang 2 Luan van NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐỊNH VỊ CHÍNH XÁC KẾT HỢP TRUYỀN THÔNG VÔ TUYẾN PHỤC VỤ CÁC MỤC ĐÍCH GIÁM SÁT MỤC LỤC DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Formatted: Heading 1, Space After: 0 pt, Line spacing: single Tên viết tắt Tên đầy đủ Chú thích BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc BSS Base Station Subsystem Phân hệ trạm gốc BTS Base Tranceiver Station Trạm thu phát gốc CDMA Code Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo mã DGPS Differential Global Positioning Hệ thống định vị toàn System cầu vi sai GNSS Global Navigation Satellite Hệ thống vệ tinh định vị System toàn cầu GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chung GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu GSM Global System for Mobile Hệ thống thông tin di Communication động toàn cầu IP Internet Protocol Giao thức liên mạng MCS Master Control Station Trạm điều khiển trung tâm MCU Microprocessor Control Unit Vi điều khiển MS Mobile Station Trạm di động SD Security Digital Thẻ nhớ SGSN Serving GPRS Support Node Nút hỗ trợ dịch vụ GPRS SIM Subcriber Indentity Module Mô-đun nhận dạng thuê bao SMS Short Message Services Dịch vụ tin nhắn ngắn TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền vận UDP User Datagram Protocol Giao thức truyền vận không tin cậy Hoàng Văn Dũng-CB120666 Trang 3 Luan van NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐỊNH VỊ CHÍNH XÁC KẾT HỢP TRUYỀN THÔNG VÔ TUYẾN PHỤC VỤ CÁC MỤC ĐÍCH GIÁM SÁT DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Giá cƣớc các dịch vụ của một số nhà khai thác mạng ở Việt Nam .1 Cấu hình cổng COM .2 Chuỗi lệnh nhận tin nhắn tức thời .1 Tính năng kỹ thuật của bộ sản phẩm market GPS đạt đƣợc .2 Hai mƣơi mẫu dữ liệu thu đƣợc khi đặt thiết bị tại điểm mốc GPS1 và độ sai lệch vị trí .3 Thời gian hoạt động liên tục của thiết bị với khoảng thời gian gửi tin khác nhau.

79 Hoàng Văn Dũng-CB120666 Trang 4 Luan van NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐỊNH VỊ CHÍNH XÁC KẾT HỢP TRUYỀN THÔNG VÔ TUYẾN PHỤC VỤ CÁC MỤC ĐÍCH GIÁM SÁT DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Sơ đồ khối hệ thống .1 Sơ đồ khối thiết kế bộ thu .2 Bố trí chân của thẻ nhớ SD card .3 Hình Sơ đồ nguyên lý khối nguồn.4 Hình Sơ đồ nguyên lý khối vi điều khiển .5 Sơ đồ nguyên lý khối chíp thu dùng SIM548C và MT3329 .6 Sơ đồ kết nối qua UART .8 Sơ đồ mạch chi tiết bộ thu định vị .9 Giải pháp layout với khối anten .10 Vị trí tụ lọc và cuộn cảm ở khối nguồn.11 Chi tiết layout phần mạch nguồn module GSM .13 Cấu tạo server trung tâm .14 Sơ đồ thuật toán truyền nhận số liệu qua cổng COM .15 Sơ đồ giải thuật lắng nghe kết nối và khởi tạo tuyến .16 Sơ đồ thực thể liên kết.17 Sơ đồ chức năng Website .1 Ví dụ về tối ƣu hóa dữ liệu .2 Dữ liệu đƣợc tối ƣu (phase 1 và phase 2) so với dữ liệu gốc (original) .3 Dữ liệu định vị hiển thị trên bản đồ trƣớc và sau khi tối ƣu .4 Dữ liệu hiển thị trên bản đồ bị lệch khỏi đƣờng .5 Hình ảnh kết quả hiển thị trên bản đồ khi mất tín hiệu.6 Mô hình ánh xạ dữ liệu vị trí lên bản đồ .7 Dữ liệu đầu vào thuật toán map-matching .8 Các bƣớc để truy vấn dữ liệu định vị .9 Dữ liệu sau khi đƣợc select có dạng .10 Bảng dự liệu nhận đƣợc .11 So sánh khi request không và có sử dụng waypoint .12 Kết quả khi có lỗi request .13 So sánh lộ trình trƣớc và sau khi khớp bản đồ .14 Lƣu đồ các bƣớc lƣu dữ liệu đã đƣợc khớp vào cơ sở dữ liệu .15 Dữ liệu lấy về tƣ Google Map sau khi map-matching .16 So sánh kết quả dữ liệu trƣớc và sau khi xử lý .17 Kết quả kinh độ và vĩ độ trƣớc và sau Map-Matching .18 Trƣớc và sau khi map-matching. 56 Hoàng Văn Dũng-CB120666 Trang 5 Luan van NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐỊNH VỊ CHÍNH XÁC KẾT HỢP TRUYỀN THÔNG VÔ TUYẾN PHỤC VỤ CÁC MỤC ĐÍCH GIÁM SÁT Hình 3.19 Kết quả hỗ trợ nội suy lộ trình trên bản đồ .2 Sản phẩm bộ thu sử dụng an ten GSM và GPS bên ngoài .3 Sản phẩm bộ thu sử dụng anten GSM và GPS tích hợp .4 Thiết bị đƣợc đặt tại điểm mốc GPS1 .5 Hình ảnh marker các điểm thu đƣợc .6 Giao diện phần mềm server trung tâm thu thập vả xử lý dữ liệu .8 Số lƣợng thiết bị gửi về tới tốc độ 2s/bản tin .9 Server hoạt động với 200 thiết bị và khả năng tiêu thụ tài nguyên hệ thống .10 Dữ liệu đƣợc lƣu trữ theo ngày, tháng, năm tại trung tâm .11 Định dạng dữ liệu đƣợc lƣu trữ theo ngày, tháng, năm ở log file tại trung tâm dữ liệu .12 Xác định vị trí lắp đặt thiết bị thu .13 Vị trí lắp đặt thiết bị bộ thu tại thân xe .14 Vị trí lắp đặt thiết bị bộ thu tại đầu xe .15 Xem lại lịch trình di chuyển của xe máy quãng đƣờng: Tây Hồ - Bách Khoa – Bộ Công an.16 Bố trí thiết bị trong hộp ngụy trang .17 Lắp đặt hộp thiết bị ở đầu xe ô tô .18 Lộ trình 100 km từ Bách Khoa- Đại lộ Thăng Long- Sơn Tây- QL32-Bách Khoa.19 Lắp đặt hộp thiết bị ở cốp xe ô tô .20 Lộ trình 100 km từ Bách Khoa- Đại lộ Thăng Long- Sơn Tây- QL32-Bách Khoa.21 Lắp đặt hộp thiết bị ở gầm xe ô tô .22 Lộ trình của xe với thiết bị đƣợc gắn ở gầm xe.23 Hệ thống giám sát, quản lý nhiều thiết bị ở các khu vực khác nhau cùng lúc trên từng màn hình riêng. 78 Hoàng Văn Dũng-CB120666 Trang 6 Luan van NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐỊNH VỊ CHÍNH XÁC KẾT HỢP TRUYỀN THÔNG VÔ TUYẾN PHỤC VỤ CÁC MỤC ĐÍCH GIÁM SÁT LỜI NÓI ĐẦU Với hơn ba mƣơi triệu xe máy và gần hai triệu ô tô hiện có ở Việt Nam, vấn đề quản lý và giám sát các phƣơng tiện này, đặc biệt là các phƣơng tiện cá nhân và vận tải đã đƣợc đặt ra từ cách đây nhiều năm và các ứng dụng giám sát hành trình cũng từ đó mà trở nên ngày càng phổ biến. Tuy nhiên, do nhiều nguyên do khác nhau, các doanh nghiệp trong nƣớc phần lớn chƣa tự chủ đƣợc công nghệ từ phần cứng tới phần mềm quản lý do vậy vẫn phải chủ yếu nhập từ nƣớc ngoài.

Ngoài ra trong khi triển khai các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao, các thiết bị này thƣờng không đáp ứng đƣợc do quá phụ thuộc vào độ chính xác của module định vị đƣợc tích hợp sẵn mà không chú trọng tới việc xử lý lại dữ liệu định vị này tại phần mềm trung tâm cũng nhƣ trên bản đồ số. Xuất phát từ yêu cầu thực tế từ thực tế trên, tôi đã quyết định xây dựng một hệ thống định vị giám sát phƣơng tiện hoàn chỉnh với các tính năng về phần cứng và phần mềm cơ bản là đáp ứng đƣợc các nhu cầu về giám sát và quản lý phƣơng tiện.